2014-02-19

陈彤:碳化硅量产给我国提供后发优势

地点:泰科天润半导体科技(北京)有限公司
人物:泰科天润半导体科技(北京)有限公司总经理 陈彤
中国电子报记者 慕容素娟

为了缓解能源危机,国家大力倡导绿色能源,发展光伏发电、风能发电。在电能的产生、输送和分配过程中,电力传送效率和使用效率至关重要。当前的电力传输功率器件主要是基于半导体硅材料,由于硅的物理性能已经发掘殆尽,电力传送效率和使用效率无法进一步的提升。近日,泰科天润半导体科技(北京)有限公司实现了碳化硅功率器件的量产,打破了欧、美、日长期以来的技术垄断,迈开了我国碳化硅功率器件产业化发展的第一步。对此,记者采访了泰科天润总经理陈彤,进一步了解碳化硅功率器件的性能特点,实现量产需要克服哪些技术难题?碳化硅功率器件产业化对我国有哪些深远意义?

泰科天润半导体科技(北京)有限公司总经理陈彤

泰科天润半导体科技(北京)有限公司总经理陈彤

碳化硅材料将带来革命性变化

记者:碳化硅是第三代半导体,与第一代第二代有什么区别?

陈彤:碳化硅是半导体界公认的“一种未来的材料”,是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。碳化硅属于宽禁带半导体,物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅比单晶硅具有很多优越的物理特性,例如(1)大约10倍的电场强度;(2)大约高3倍的热导率;(3)大约宽3倍禁带宽度;(4)大约高一倍的饱和漂移速度。

比如:汽车里面有一整套的水冷系统,装置散热片重达两到四公斤,成本高体积大份量重,可控性又差。使用碳化硅材料可以直接抗高温,用了碳化硅器件后散热片可以直接拿掉,从几公斤的系统散热片变成零,这是一个革命性变化。

记者:碳化硅主要应用在哪些方面,您能简单介绍一些吗?

陈彤:碳化硅在高效功率器件方面有着广泛的应用,有望从本质上提高电力传送效率和使用效率。可以大幅减少能耗,减小电力设备体积和重量,降低各项设备系统的整体成本,提高系统的可靠性,广泛用于电动汽车、太阳能电池、智能电网、UPS电源、变频空调等领域。

有关实验结果表明,碳化硅光伏逆变器比硅器件光伏逆变器效率高,在30KHz时能提高3%以上;采用碳化硅生产的功率模块较硅模块体积减少60%。电动机采用变频调速可节电20%以上。各种风机、水泵电机的总耗电量约占全国发电量的36%,如采用变频调速技术,每年可节电659亿度,相当于三个葛洲坝电站的发电量。据测算,如果全国电机的驱动都采用功率半导体进行变频调速,则全国总用电需求量将降低15%到20%。

国外等待中国市场的成熟 中国需抢占时间差

记者:当前全球的半导体碳化硅产业格局如何?中国有多大机会?

陈彤:从现在产业格局来讲,主要是三大板块:欧洲、日本、美国,欧洲有一家企业,日本两家,美国也是两家。其中,美国是全球碳化硅老大,占的市场份额最大。英国的主导产品还是硅,其碳化硅还在积累中。日本的企业就比较特殊,他们喜欢做到终端产品,不会买中间某个配件。美国公司是碳化硅材料起家,设计不同的芯片,不同的方向,通过各种各样的技术积累来推动。

国外已经都把路线走通了,在等着中国市场的成熟。

记者:如何抢占这个时间差?

陈彤:国外在发展,不会等我们。契机点正好在这个时候,由于现在国外经济大环境的影响,半导体并不在高峰期,而是处在低谷期。我们借助这个时间差,抓住国外喘息的时候,开始做这个项目。

在这方面,国外人力、设备、经验,有长期的积累,我们还是落后一点。为此,整个团队都是“5+2”、“白+黑”的投入。一年多时间里面,从立项到实现量产,我们干出了半导体企业“深圳速度”。拿出一系列的成绩,可靠性得到了第三方的认可,与用户衔接起来,碳化硅二极管基本上与国外处在同一水平。

像其他晶体管开发上还与国外存在差距,落后几年的时间。我们有信心继续以深圳速度追赶,因为平台和团队都稳定了,可以开发出国内用户需要的定制产品。

量产需要把握设备、人才、管理三大要素

记者:在开拓阶段遇到哪些难题?

陈彤:最大的难题就是,没有人教我们,摸着石头过河,不管研发结果是好是坏,都需要一定的时间周期,长达一个月甚至两个月投入精力分析。

另外,建立这样的团队也不容易,国内没有现有的人才,我们就从几个方面集合优势,凑出了一个团队。我们只知道这个方向是对的,往前走会碰到什么,并不知道。用一个比喻来描述:趟着河过的时候,而且每走一步都会踢到石头,咬着牙挺过来。现在,我们已经摸到河对岸了。

记者:实现量产,需要做好哪些方面的工作?

陈彤:首先是设备,设备生产线是硬件层面的准备。碳化硅的量产与实验室设备、单片机设备完全不是一个概念。实验室是做技术样品和指标的,拥有的都是单片,放进去调温、测试,出来能过就行,没有量产的考虑。此外,通用半导体设备没有完全为碳化硅做定制的,针对碳化硅材料的特性,设备要改进很多环节。

因此,产业化要上量,必须有投入;要想实现什么样的量产设备就意味着什么样的投入。从设备到做出量产的生产线,整个投入非常大,公司第一期投入1.2亿元。

其次就是人才方面的准备。我们有很多工艺,每一个工艺都需要高素质、专业型人才。在碳化硅量产还是空白的情况下,人才也是空白,我们都用现在技术人员来适应、学习碳化硅量产的工艺技术要求。

同样,企业管理也非常重要。量产涉及到工艺控制,半导体各个环节都要做到非常精准,才能做出稳定且成品率高的产品,这需要很严格的管理,比如每一个人的态势、操作手法等等都需要有非常严格的规范。工程师还要能够对碳化硅的结果进行判断,这种判断都需要工艺上的积累和沉淀。因为一些小环节一旦出现百分之正负一的差别,在终端显示出来可能就是百分之正负十的差别。

记者:泰科天润这次量产产品包含哪些?生产能力如何?

陈彤:公司本次推出批量生产以碳化硅为材料的肖特基二极管,产品涵盖600V-3300V等中高压范围,其中,600V/10A,1200V/20A等产品成品率达到国际领先水平,600V/50A,1200V/50A实现量产突破,1700V/10A,3300V/5A两个产品也已经完成研发过程,一旦确认具体应用客户,将加入到量产产品行列中。

目前碳化硅器件还处在量产基础规模的打通环节,现在产品正在给客户体验。现在的生产能力是4000片,后续的话要向5000片努力。

在保障市场供应方面,这又需要摸着石头过河。今年的规划主要有三个方面。一是继续稳定我们的工艺,不断提高成品率,这个是竞争力的基础,这也是我们一个长期的目标。二是把客户更紧密地联系起来,服务好用户,并推广到消费者手中。三是研发目标。我们现在一方面是承担了北京市科委的一个项目,另一方面我们也做晶体管下一步型号的开发,紧追国际的研发水平。

2014是碳化硅产业关键年 决定下一个30年

记者:量产对我国电子功率器件产业发展有何深远意义?

陈彤:2014年,对整个碳化硅产业来讲非常关键。我国的功率器件长期处在落后的局面。目前碳化硅与国外处在相对同步发展的阶段,如果我们这一步没有跟上,接下来后面的30年可能重回硅功率器件的老路,长期被国外企业高利润垄断,这种垄断使得对方的铁在中国买出金子的价格。如果抓住这个机会,中国就有可能站在电子功率器件的高端领域,整个电子功率器件全球产业化竞争局面也会被改写。

现在中国碳化硅量产,给我国一个后发优势的机会,能不能在做好硅的同时,也做好碳化硅产品,这就意味着我们能否在下一个30年掌握国际主动权。

(转自:中国电子报、电子信息产业网) 
相关链接:http://cena.com.cn/2014-02/11/content_212880.htm

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